¿Son estables las moléculas con órdenes de enlace inferiores a uno?

Question

¿Son estables las moléculas con órdenes de enlace inferiores a uno? Mi profesor comentó que "apenas están vivas", pero ¿qué quiere decir, científicamente?

Sé que pueden existir moléculas con órdenes de enlace fraccionarios mayores que uno - por ejemplo, el óxido de nitrógeno tiene un orden de enlace de 2,5 (a través de cálculos de MO) y existe sin problemas.

Entonces, ¿las moléculas con órdenes de enlace fraccionarios inferiores a uno son simplemente muy inestables?

Answer 1

Las moléculas que poseen un enlace de orden inferior a 1 pueden ser perfectamente estables, en el sentido de que su estructura molecular resultante se encuentra en un pozo de potencial energético. En sentido estricto, basta con que en $T=\pu{0 K}$ y en ausencia de interacciones con la materia o los campos, la molécula no se desarmará espontáneamente. Sin embargo, no es necesario ir tan lejos para proteger a una molécula de este tipo de la descomposición; hay ejemplos de especies que son químicamente importantes en condiciones regulares de laboratorio.

En igualdad de condiciones, es cierto que las especies con órdenes de enlace inferiores a 1 son relativamente inestables. Esto se debe principalmente a que el enlace fraccionario es comparativamente débil (requiere comparativamente poca energía de activación para romperse, es decir, un menor $E_\mathrm{a}$ ), y porque en la mayoría de los casos la molécula puede reaccionar con otras sustancias de forma que se formen productos con todos los enlaces covalentes de orden 1 o superior (aumentando la exergonicidad de la mayoría de las reacciones, es decir, un $\Delta_\mathrm{r}G$ ).

Dado que la barrera cinética para la reacción es comparativamente baja, y el impulso termodinámico para la reacción es comparativamente alto, las especies con un orden de enlace inferior a 1 tienden a necesitar alguna protección extra contra el mundo para permanecer en una pieza. Por ejemplo, diborano y trimetilaluminio son compuestos que poseen enlaces de orden 0,5, y aunque son indefinidamente estables cuando son puros, se inflaman espontáneamente en el aire de la exposición al oxígeno y la humedad. Como se señala acertadamente en los comentarios, los compuestos de gases nobles requieren órdenes de enlace fraccionarios, pero varios compuestos pueden obtenerse y almacenarse (especialmente los de xenón), aunque tienden a ser sensibles a la humedad y al calentamiento. El boro también es responsable de una clase muy interesante de compuestos en los que muchos átomos de boro se unen entre sí en estructuras tipo jaula con enlaces muy complicados, en los que intervienen enlaces de orden fraccionario. Algunas de las estructuras más grandes y simétricas pueden ser relativamente estables, especialmente con los sustituyentes adecuados.

En el espacio, no hay mucho de nada, por lo que se puede esperar encontrar algunas moléculas con órdenes de enlace fraccionarios flotando. De hecho, se puede encontrar el catión trihidrógeno que es en realidad uno de los iones más comunes en el Universo.